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    Artigo

    Diversity and biotechnological potential of endophytic Bacillus species originating from the stem apoplast fluid of sugarcane plants

    Resumo

    O gênero Bacillus foi isolado de uma ampla gama de ambientes e compreende espécies com aplicações biotecnológicas, tais como bioinseticidas, biofungicidas e biofertilizantes. Este estudo investigou a ocorrência e diversidade endofítica de bacilos no fluido apoplático da cana-de-açúcar cultivada no Brasil. Sua atividade de biocontrole contra fungos e seu potencial de promoção do crescimento vegetal (BPC) em mini-conjuntos de plantas de cana-de-açúcar também foram avaliados.  Quarenta e duas colônias de Bacillus foram isoladas do fluido apoplásico de variedades comerciais de cana-de-açúcar com um ano de idade e analisadas por sequenciamento do gene 16S rRNA. A capacidade de produzir indóis e sideróforos e de solubilizar fosfato e zinco foram avaliadas in vitro, juntamente com sua atividade de celulose e protease e atividade antagônica contra fungos fitopatogênicos da cana-de-açúcar. O potencial de BPC foi determinado utilizando-se cepas inoculadas em mini-conjuntos de cana-de-açúcar cultivados em substrato estéril e posteriormente em vasos de solo não esterilizado.  As análises de rRNA 16S demonstraram alta diversidade bacteriana com a maioria intimamente relacionada a B. megaterium seguida por B. aryabhattai, B. cereus, B. pumilus, B. velezensis, B. safensis, B. flexus e Paenibacillus taichungensis também foram identificadas. A maioria das cepas foi capaz de produzir indol, solubilizar óxido de zinco e apresentou atividade de celulase, enquanto que a solubilização do fosfato e produção de sideróforos foram observadas apenas em poucas cepas. As cepas LMC21, LMC44 e LMC48 apresentaram alta atividade de biocontrole contra os fungos da cana-de-açúcar Colletotrichum falcatum. A formação de esporos foi observada em cepas cultivadas por 8 dias no meio HCT, mas não na presença de suco de cana-de-açúcar. Algumas cepas também acumularam maior biomassa em cana-de-açúcar (condições estéreis) e uma mistura de três cepas de Bacillus teve melhor desempenho no experimento de inoculação solo-vaso. Esses achados mostram pela primeira vez que muitas espécies de Bacillus estão presentes no fluido apoplásico da cana-de-açúcar cultivada no Brasil e indicam que algumas cepas possuem potencial de BPC e biocontrole para aplicação como biofertilizante em plantas de cana-de-açúcar.



    Abstract

    The genus Bacillus has been isolated from a wide range of environments and comprises species with biotechnological applications, such as bioinseticides, biofungicides, and biofertilizers. This study investigated the endophytic occurrence and diversity of Bacilli in the apoplastic fluid of sugarcane cultivated in Brazil. Their biocontrol activity against fungi and their plant growth promotion (PGP) potential in sugarcane mini-set plants were also evaluated. Forty-two Bacillus colonies were isolated from the apoplastic fluid of one-year-old commercial sugarcane varieties and analyzed by sequencing the 16S rRNA gene. The ability to produce indols and siderophores and to solubilize phosphate and zinc were evaluated in vitro, along with their cellulose and protease activity and, antagonistic activity against sugarcane phytopatogenic fungi. The PGP potential was determined using strains which were inoculated in sugarcane mini-set plants grown in sterile substrate and later in unsterilized soil pots. The 16S rRNA analyses demonstrated high bacterial diversity with the majority closely related to B. megaterium followed by B. aryabhattai and B. cereus. B. pumilus, B. velezensis, B. safensis, B. flexus and Paenibacillus taichungensis species were also identified. Most strains were able to produce indol, solubilize zinc oxide and presented cellulase activity, while phosphate solubilization and siderophore production was observed in only few strains. The strains LMC21, LMC44 and LMC48 presented high biocontrol activity against the sugarcane fungi Colletotrichum falcatum. The spore formation was observed for strains grown for 8 days in the HCT medium but not in presence of sugarcane juice. Some strains also accumulated higher biomass in sugarcane (sterile conditions) and a mixture of three Bacillus strains performed better in the soil-pot inoculation experiment. These findings show for the first time that many Bacillus species are present in the apoplastic fluid of sugarcane grown in Brazil and indicate that some strains have PGP and biocontrol potential for application as biofertilizer in sugarcane plants.


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    2021 - Applied Soil Ecology

    Termos de indexação:

    Diversidade endofítica, controle biológico, solubilização de nutrientes, biotecnológicas, biofertilizantes, microbioma vegetal, fluido apoplástico, fungos, bactérias

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